[发明专利]一种镁稀土合金化学转化膜的成膜方法及化学转化膜

说明书

技术领域

本发明涉及一种合金化学转化膜的成膜方法及化学转化膜，尤其涉及一种镁稀土合金化学转化膜的成膜方法及化学转化膜。

背景技术

镁合金是新兴的实际应用中最轻的金属结构材料，因具有优异的高比强度和比刚度、优良的电磁屏蔽性能、易于切削加工、可焊接性、抗冲击性、易铸造性、尺寸稳定、易于回收且自然储量丰富等优点，具有被广泛应用在航天、航空、电子、通讯、汽车等制造业的前景，被誉为“21世纪的绿色工程材料”。然而，即使跟标准电极点位-2.37V_SCE的纯镁金属材料相比，镁合金也具有耐腐蚀性较差的缺点。在腐蚀性环境中，尤其是含有Cl^-离子的溶液中，很容易发生严重的腐蚀。因此，镁合金作为工程材料广泛的应用所面临的最大的挑战之一，就是如何有效的提高镁合金的耐腐蚀性能。尤其需要指出的是，现阶段，很多已经被证明的对其它金属行之有效的降低金属腐蚀行为的方法，在镁合金方面并不适用。

表面改性技术作为一种重要的腐蚀保护的方法，是通过在基材的表面生成一种具有保护性能的钝性膜来隔离基材跟腐蚀环境，进而改善和提高基材在服役期间的耐腐蚀性，延长其使用寿命。通过表面改性处理技术提高镁合金耐腐蚀性能的方法，主要有化学转化膜、惰性金属电镀涂层、微弧氧化、阳极氧化、杂化材料、有机涂层等。其中，化学转化膜处理技术具有简单易行、不需要特殊设备、适用于结构复杂和大尺度工件等优点，可以大幅降低生产成本，因而被广泛采用。

现阶段，很多化学转化膜技术已经被开发来用于提高镁合金材料的耐腐蚀性能。其基本原理是，通过镁合金与某种特定成膜溶液相接触，发生化学反应，在镁合金表面形成一层附着力良好、稳定性高、难容性的化合物膜层，来保护镁合金不受腐蚀环境的影响，同时也可为后续涂装工艺提供良好的漆膜附着 性。然而，现有的化学转化膜技术却因为本身各种固有的缺点，无法有效被大规模工业生产所采用。例如，以锡酸盐、稀土金属盐、离子液体以及热熔盐为主要成分的化学转化膜具有制备时间超长和高成本的缺点；铬酸盐、氟化物以及矾酸盐对人体和自然环境都具有极高的致毒性而被很多国家和地区禁止使用；硬脂酸为主要成分的化学转化膜需要过高的反应温度；磷酸盐化学转化膜具有生产成本较低和对环境影响较小的优点，因此比较受工业生产的欢迎，但是磷酸盐化学转化膜只能对镁合金提供有限的保护功能，有些溶液成分对环境仍有一定影响，磷酸钙化学转化膜产品只能在一个酸碱度变化极小的区间保持稳定，因而极大的限制此化学转化膜技术在工程技术领域的实际应用。此外，现有的化学转化处理都是在较低温、常压下进行的，而且所形成的转化膜厚度较薄、附着力较差。

水热法化学转化膜技术可以克服上述缺点，其原理是在反应釜中，采用水溶液作为反应介质，通过对反应容器加热，创造一个相对高温高压的反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解并结晶。因而，采取将镁合金浸泡在水溶液中或者与水蒸气接触，进而将镁合金表面在空气中形成的无定形状态的氧化镁表层转化成具有高致密性、高结晶化状态、有稳定性的氢氧化镁涂层，来提高其在服役条件下的抗腐蚀性，因此具有极其广泛的在工程技术领域的实际应用前景。此外，水热处理是比较简单常见的消毒工艺，可以有效地将杀菌与表面抗腐蚀性改性有机结合，对于在临床应用可降解生物镁合金制备的植入体来说尤其具有极大的应用价值。

目前已经开发出多种代表性的水热法化学转化膜技术，相关专利有：

公开号为CN103614717A，公开日为2014年3月5号，名称为“一种镁合金表面水热法制备的耐蚀膜层及其制备工艺”的中国专利文献公开了一种在AZ31镁合金表面用水热方法制备保护转化膜的工艺及其成膜试剂(主要为氢氧化钠、氢氧化锂、硫酸锂其中一种或任意两种以上混合物)，虽然具有良好的耐蚀性和漆膜附着性，但其成膜试剂、工艺相对复杂，反应时间长达10小时，因而对其工艺进行产业化生产有一定困难。

公开号为EP2743377A1，公开日2014年6月18号，名称为“CONVERSION FILMS BASED ON LAMELLAR DOUBLE-HYDROXIDES FOR ACTIVE PROTECTION AGAINST CORROSION”的欧洲专利文献公开了一种相对复 杂、实施要求苛刻的在镁合金表面制备具有双层氢氧化物结构的化学转化膜的工艺，使用含有腐蚀抑制剂的具有双层氢氧化物结构的化学转化膜来保护金属基材不受腐蚀。此工艺需要的有效处理时间高达24小时，无法适用大规模的工业化生产。通过水热方法制备的类似的双层保护膜还被应用在铝等其他金属材料。